【构建“声学高速公路” 新策略实现物质颗粒可控输运】#科技前线#

声镊技术在细胞、生物分子等微纳米尺度颗粒操控等领域应用广泛。然而，传统声镊在生物组织或复杂流体等复杂非均匀介质中时，其操控能力便大打折扣。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院等提出了一种实现精准、动态、稳定输运物质颗粒的解决方案，在拓扑波导中构建出一条“声学高速公路”。

传统声镊的局限与挑战

驻波因其简便性成为实现声镊的主要方法之一。然而，驻波场通常遍布整个声腔，难以将声能限制于任意设计的复杂轨道中，限制了操控的灵活性。

更为棘手的是，驻波场对结构缺陷或尖角等瑕疵高度敏感，会引发声波散射，破坏稳定的粒子输运，让声镊在复杂环境中显得力不从心。

面对传统声镊的局限，研究团队构建了一种创新的拓扑声镊系统。该系统的核心是谷—霍尔拓扑声子晶体，它由排列成蜂窝状晶格并浸没在水中的三角形钢柱构成。

这一独特设计使得两组旋转方向相反的钢柱阵列相接，形成边界，并诱导出拓扑保护的界面态。

可编程的声学传送带

团队构建的拓扑声镊系统可沿任意设计的路径高精度输运物质颗粒，即使波导在存在缺陷、空腔或拐角的情况下，仍能维持稳定运行。声波沿波导传播时，即使在尖角或结构缺陷处也不会发生背向散射，确保了声能的稳定传输。

该设计使声波得以规避传统声波导普遍存在的能量损耗。团队通过编程调控两个声源间的相对相位延迟，在拓扑界面上进一步形成高度局域化的驻波场，实现了驻波场中压力反节点的连续位移，使聚二甲基硅氧烷微粒被捕获于这些反节点处，并沿移动的势阱实现输运。

该研究为动态拓扑声场的物质操控建立了基本原理，提出的策略可推广至其他波动体系，包括声表面波、弹性波乃至光波，并可进一步与片上微流控技术集成，在生物医学应用中具有广阔前景。